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混合动力和纯电动动力系统执行HIL测试的关键考虑因素
2021-10-08 13:19:52· 来源：恩艾NI
混合动力和纯电动动力系统在许多全电动或混合动力系统中，ECU必须管理多个独立电源产生的电力。例如，混合动力传动系统包含一个或多个电动机以及一个内燃发动机
混合动力和纯电动动力系统
在许多全电动或混合动力系统中，ECU必须管理多个独立电源产生的电力。例如，混合动力传动系统包含一个或多个电动机以及一个内燃发动机。无论使用的是何种混合动力传动系统类型，都意味着ECU必须以安全且可重复的方式控制两个耦合对象，这两个对象的动态速度可能截然不同，需要大量测试才能确保控制系统的稳定性。
例如，在路面结冰的驾驶条件下，车轮会突然失去牵引力。在加速时，这可能会导致电机速度急剧增加，需要安全地应对。但是，从物理角度考虑，这种安全行为不可能在测功机上再现，即使是在测试跑道上，也是非常耗时和高难度的。由于针对这种特定安全条件开发的复杂控制算法必须进行验证，测试需要考虑到极端的驾驶条件，以满足量产车辆的质量要求。
图9. 混合动力系统的hil测试需要考虑更多的因素
使用有限元分析结果或通过实验得出的表格，您可以模拟复杂的非线性行为，例如齿槽转矩或磁饱和，并设计可正确响应复杂现象的控制器。无论是哪种情况，查找表都可以捕获复杂的行为，而无需在仿真中直接对其进行建模。图9. 混合动力系统的hil测试需要考虑更多的因素
混合动力和全电动传动系统都增加了ECU测试的复杂性。不管是哪种情况，驱动电动机都需要ECU产生高速PWM信号来驱动电力电子硬件。如果要HIL测试系统对来自被测ECU的高速数字信号做出正确的响应，仿真必须以数量级达1μs的超快速循环速率运行。另一个需要考虑的方面是，电动机表现出复杂的非线性行为，例如磁性饱和和齿槽转矩，这些行为都很难直接建模。线性模型可用于测试ECU的基本功能，但复杂的行为也需要建模，才能进行更严格的测试、调整和优化。
传统的仿真系统无法达到1μs的循环速率，这限制了控制系统设计人员的测试能力，迫使他们严重依于赖昂贵的测功机或现场测试。在失去牵引力的情况下，如果要通过现场测试来确保在所有可能运行条件下的安全性，所需的费用非常高昂甚至不可能实现。然而，提高仿真速度和保真度有助于在仿真中进行更多可重复的测试，从而减少物理测试的时间和成本。
要达到1μs的模拟周期，需要测试彻底改变电动机和电力电子HIL测试系统的设计。一个关键方法是摒弃传统的基于处理器的HIL系统，采用基于FPGA的仿真器。
由于通信总线将处理器和I/O分离开，传统的基于处理器的HIL系统可提供的最大速度仅为50 kHz左右。在仿真的单个时间步长内，对输入进行采样后，采样数据传输到处理器进行处理，处理结果传输回I/O节点，并更新输出结果。对于PCI或PXI总线，通信的延迟通常可占整个仿真周期的四分之三。将计算任务转移到FPGA上有助于提高计算速度。然而，提高速度的最快方法是在单个设备上并列配置处理节点和I/O节点，这样可最小化通信延迟。
对高级电机驱动器进行实时仿真时，面临的另一个挑战是实现仿真保真度和速度的平衡。虽然进行功能级HIL测试时，简单的常量参数或线性模型就足够了，但通常需要提高模拟保真度来提高测试的可靠性以及优化先进电机驱动器。在不增加计算复杂度的情况下提高模拟保真度的一个有效方法是使用查找表替换模型参数，并在每次仿真迭代时更新这些参数。
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